應用光合作用微生物處理廢物流的方法

專利名稱：應用光合作用微生物處理廢物流的方法
技術領域：
本發明涉及廢物的凈化系統，更具體地說，涉及農業廢物和牲畜廢物的凈化系統，該系統在光生物反應器中利用光合作用微生物來生物降解和除去有機物和無機物。
在過去數十年中，人口成指數增加伴隨對牛、家禽、魚和其它牲畜和農產品需要的增加。然而，對農產品和牲畜產品需要的增加必然導致農業廢物和牲畜廢物量的增大。此外，工業養殖(其中，在小地區集中養殖牲畜以增大生長效率)的增長已導致局部區域極高濃度的廢物，它大大加重了污染問題。結合考慮日益增長的人口造成的城市垃圾，大量廢物的處理呈現嚴重的問題。例如，在日本，大約每年排放約七百萬噸農業廢物和三百萬噸動物廢物。美國和歐洲遭遇同樣高的排放量。參見例如，“美國的動物廢物污染一個暴露的國家問題；牲畜&家禽生產的環境危害”，參議院關于農業、營養&林業的會議(1997年12月)，它討論了在美國關于動物廢物的健康、環境和經濟問題。所以，農業和牲畜增長的水平引起關注污染問題的迫切要求。
已知可用數種方法應用光合生物處理由牲畜產生的“高濃度”廢物。例如，美國專利No.3,955,318公開了一種應用單細胞藻處理污水或罐頭廠廢水的系統。該系統應用藻/需氧細菌聚生體來處理廢物。但是，含較高含量的總有機碳(TOC)和生物耗氧量(BOD)的高濃度農業廢物不能用這種方法處理，這是因為藻類的培養條件窄。
美國專利No.4,267,038公開了一種系統，其中，在厭氧消化槽裝置中處理廢水而減少有機廢物，接著用藻培養物處理。但是，厭氧消化處理步驟通常不能從廢物流除去足夠多的污染物，從而導致藻培養物的緩慢生長或死亡。
美國專利No.4,348,285和No.4,432,869公開了處理液態農業廢物的方法，該方法應用(1)利用藻類和細菌培養物的組合進行的處理，接著(2)應用輪形動物培養物來消耗藻/細菌進行處理。但是，與細菌相比，大部分藻類對原始高濃度廢物的耐性更低。結果，藻類暴露于原始高濃度農業廢物通常導致藻類的死亡。因此，此方法因使用過程中藻類培養物的損耗而效率低。
美國專利No.5,795,480公開了一種處理廢物的方法，它在第一步驟應用異養菌，然后應用固定化光合作用細菌處理流出物，最后用光合作用細菌和異養菌與活性污泥處理流出物。但是，這種方法沒有利用藻類。
因此，本領域需要一種處理農業廢物和牲畜廢物的有效、低成本方法，該方法利用光合作用生物，優選產生工業上有價值的副產品。相信本發明正符合這個需要。
一方面，本發明涉及一種處理含有機廢物和無機廢物的廢物流的方法，它包括如下步驟(a)使含有機廢物和無機廢物的廢物流與第一批含一種或多種光合作用原核生物的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在至少一個第一反應器中接觸，該第一反應器與至少一個第一光生物反應器有流體連通，其中，第一部分廢物被第一批微生物混合物同化而產生包含第一批微生物混合物和第二部分廢物的部分凈化的廢物流；(b)從部分凈化的廢物流脫除第一批微生物混合物而產生分離的第一批微生物混合物和包含第二部分有機廢物的部分凈化的流出物流；(c)將部分凈化的流出物流從至少一個第一反應器轉移到至少一個第二反應器中；(d)使部分凈化的流出物流與第二批含藻類的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在至少一個第二反應器中接觸，該第二反應器與至少一個第二光生物反應器有流體連通，其中，第二部分有機廢物基本上全部被第二批微生物混合物同化而產生包含第二批微生物混合物和基本凈化的流出物的基本凈化的廢物流；以及(e)從基本凈化的廢物流脫除第二批微生物混合物而產生分離的第二批微生物混合物和基本凈化的流出物流。
另一方面，本發明涉及一種處理含有機廢物和無機廢物的廢物流的方法，它包括如下步驟(a)使含有機廢物和無機廢物的廢物流與第一批含一種或多種光合作用原核生物的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在至少一個第一光生物反應器中接觸，其中，第一部分廢物被第一批微生物混合物同化而產生包含第一批微生物混合物和第二部分廢物的部分凈化的廢物流；(b)從部分凈化的廢物流脫除第一批微生物混合物而產生分離的第一批微生物混合物和包含第二部分有機廢物的部分凈化的流出物流；(c)將部分凈化的流出物流從至少一個第一光生物反應器轉移到至少一個第二光生物反應器中；(d)使部分凈化的流出物流與第二批含藻類的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在至少一個第二光生物反應器中接觸，其中，第二部分有機廢物基本上全部被第二批微生物混合物同化而產生包含第二批微生物混合物和基本凈化的流出物的基本凈化的廢物流；以及(e)從基本凈化的廢物流脫除第二批微生物混合物而產生分離的第二批微生物混合物和基本凈化的流出物流。
本發明方法中利用的光生物反應器優選包括一個直立的、向上開口的結構(例如槽)，一條繞芯結構螺旋形纏繞的基本透明的管或數條從總管平行延伸的管，其中，管的外部和內部暴露于光中；以及促使光線在管與芯結構之間的接觸區透入管的裝置。在某些條件下，即，自然的環境光線強度低(例如高緯度或冬季)，本發明添加光生物反應器能增大光合作用微生物可利用的光量，從而導致從廢物流攝取廢物的改善。
通過閱讀如下對本發明的詳細描述將明白這些和其它方面。
從結合附圖的下列描述將更充分地理解本發明。


圖1是一個本發明方法的示意圖；圖2是本發明的一個備選實施方案的示意圖；圖3是本發明的另一個備選實施方案的示意圖；圖4是定性示出了可從本發明方法達到的廢液凈化程度的彩色照片；圖5是本發明方法的一個備選實施方案(它包括光生物反應器)的示意圖；以及圖6是本發明方法的另一個備選實施方案(包括更高光效率的光生物反應器)的示意圖。
現在意外地發現了，按本發明的方法，對有效地處理廢物流的問題提供了一個解決方法，所述廢物流含下列物質高濃度的總有機碳(TOC)，生化需氧量(BOD)，氮(N)(包括氨NH3)，磷(P，包括磷酸鹽、多磷酸鹽、有機磷酸酯等)，以及其它有機和無機物質。本發明人通過開發一個多級處理和凈化系統而解決了這個問題，本系統在最大程度地同化廢物流中的有機物和無機物的條件下應用了(1)光合作用原核生物，接著應用(2)藻類，同時使水質最佳。廢物流中的有機物和無機物被利用作生物的營養源，而在光存在下攝取有機物和無機物導致生物的生長。本發明的一個主要優點在于，生長的生物具有高水平的粗蛋白質、粗脂肪和氨基酸，所以適用作商用農產品。生長的生物可被收獲、加工和用作動物飼料添加物、肥料、燃料或其它有用的有機產品，而凈化的排放水可用于作物灌溉或其它應用。由于本發明方法的產品可商用，不需將它們焚化或堆肥化處理，于是節省了通過很多常規廢物處理方法產生的標準廢物處理污泥的處理費用。
此外，本發明的方法與傳統廢物處理系統不同之處在于，傳統的系統被設計為使水質最佳和使產生的污泥最少。本發明的方法使水質最佳而且由于生物量是有用的資源，使生物量最大程度地生長。有益的是，這樣導致能消除大濃度的廢物而產生甚至更高百分含量的營養生物量“收獲物因此，本發明提供了消除農業源的廢品的有效方法，同時生產商業上有價值的有機產品。
本發明利用藻類菌株和紫色無硫細菌聚生體，它們通常是天然存在的，但一般不是原動物廢物流所固有的。本發明的方法便利這樣的條件，即，引起這些生物的高生長速度和連續保持該水平。這些條件能使藻類和細菌有效地處理比通過常規城市廢物處理系統處理的典型的城市廢物流濃100倍以上的廢物流。
本發明的方法很有效地從農業廢物、牲畜廢物或城市廢物中除去有機和無機污染物。如下文更詳細描述的那樣，應用本發明的方法可實現大于98％的脫除(捕集)效率，即，除去常規水污染物[例如，五天生化需氧量(BOD5)、TOC、氨-氮(NH3-N)、總的磷(包括磷酸鹽、多磷酸鹽、有機磷酸酯、酸解磷等)和總的懸浮固體]，具有生產商業上有價值的副產品這一另外的益處。該優點使本發明的方法很有用，特別是大規模應用(例如養豬場、養牛場、家禽養殖場等)。
本文定義的“光合作用原核生物”表示這樣的單細胞生物它們缺乏細胞質內含物(例如核膜、高爾基體、線粒體、內質網等)而且利用光產生至少一部分生存所需的能量。光合作用原核生物的實例包括但不限于光合作用和/或兼性細菌(例如紫色無硫細菌)和藍細菌(藍綠藻(blue-green algae))。術語“藻”在本文被定義為包括綠藻(greenalgae)、裸藻(euglenophytes)、長短鞭毛藻(heterokon tophytes)、紅藻(redalgae)和藍細菌(藍綠藻)。術語“同化的”表示有機物和/或無機物被生物攝取和生物轉化。術語“生物量”表示產生的物質，例如光合作用細菌或藻物質。術語“部分凈化的廢物流”被定義為這樣的廢物流，即，包含大約200～500mg/L總有機碳(TOC)、200～500mg/L生物耗氧量(BOD)、50～500mg/L氨-氮(NH3-N)和10～100mg/L總的磷。術語“基本凈化的流出物流”被定義為這樣的廢物流，即，包含大約10～85mg/L TOC、5～50mg/L BOD、10～50mg/L NH3-N和10～50mg/L總的磷。本文定義“光生物反應器”表示這樣的高生產率裝置使一種或多種微生物的混合物暴露于不同的、預定量的光線中，以致微生物最佳化地產生大量生物量，同時除去廢物流中的有機廢物和/或無機廢物。術語“反應器”表示任何容器，例如槽、池或能在本文描述的工藝操作條件內起光生物反應器作用的其它容器。因此，本領域技術人員應懂得，本文定義的術語“反應器”包括上述光生物反應器。
圖1示出了本發明的一個示意圖。如圖1所示，本發明大致包括兩個處理階段2和4。第一個處理階段2大體包括第一階段生長反應槽6，它盛有微生物、優選是一種或多種光合作用和/或兼性細菌(例如紫色無硫細菌)的懸浮液，以及第一階段沉降槽8。第二個處理階段4大體包括第二階段生長反應槽10，它盛有第二批微生物、優選是光合作用綠藻的懸浮液，以及第二階段沉降槽12。
按本發明的方法，將廢物14引入第一階段生長反應槽6，通過兩個處理階段2和4的處理，產生基本凈化的流出物5。隨著廢物的處理，微生物的懸浮液同化廢物中的有機和無機組分作為生長的營養物。然后分離產生的生物而用作有價值的商業飼料、肥料等(如下文更詳細的描述)。
現在更詳細參照第一個處理階段2，通過泵、重力或其它常規方法將包含原始未處理廢物料的廢物流14連續地或相繼地引入第一階段生長反應槽6。應懂得，在本發明的方法中可利用一個以上第一階段生長反應槽，而且，生長反應槽可以適當地是槽、敞口池、池塘或其它容器。可以在生長反應槽上加蓋以防槽內含物的蒸發和/或污染。原始廢物料可來自任意源，優選含有機物和無機物，它們包括但不限于高濃度的總有機碳(TOC)、生化需氧量(BOD)、氨-氮(NH3-N)和總的磷(P)。優選地，廢物流14中的原始有機廢物和無機廢物包含2,000～80,000mg/L BOD、1,000～40,000mg/L TOC、200～6,000mg/L NH3-N和20～1,200mg/L總的磷。廢物流14的來源包括農業源，牲畜(例如，豬、家禽、牛、馬、羊等)，食品加工廢物，城市廢物，飲料廢物，屠宰場熬油廢水等。特別優選的原始廢物來源是包括家禽、牛、豬及其組合在內的牲畜來源。本發明方法中廢物流14的處理容量一般不限，不過，典型的容量在5,000加侖廢物/天～大于1百萬加侖廢物/天的范圍內。
如前所述，第一階段生長反應槽6盛有無氧和/或厭氧環境中的一種或多種微生物的懸浮液。優選地，這些光合作用原核生物是紫色無硫光合作用細菌的聚生體。按本發明的方法，第一個處理階段2中適用的紫色無硫光合作用細菌包括下列屬的細菌紅螺菌屬(Rhodospirillum)、紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)、紅細菌屬(Phodobacter)、著色菌屬(Chromatium)、莢硫菌屬(Thiocapsia)和紅長命菌屬(Rubrivivax)。特別適用的紫色無硫細菌包括但不限于黃褐紅螺菌(Rhodospirillumfulvum)、深紅紅螺菌(Rhodospirillum rubrum)、血色紅假單胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、類球紅細菌(Rhodobactersphaeroides)、酒色著色菌(Chromatium vinosum)和膠狀紅長命菌(Rubrivivax gelatinosus)。另外的非光合作用厭氧細菌也可包含于混合物中。按本發明的方法，紫色無硫光合作用細菌可單獨使用，或者以兩種、三種、四種或更多種的適當組合使用。
在進行本發明的方法之前，用預定量的第一批微生物混合物作為“起子”培養物接種第一階段生長反應槽6。應用的起子培養物的量是如下因素的函數反應器中預期的穩態混合的液體懸浮的固體(MLSS)濃度，反應器的尺寸和能通過反應器同化的最大食物比微生物比率(F/M)。通常，起子培養物可從凍干的儲備液獲得，或者應用相同的生物和條件從另一個生長反應槽獲得。
優選地，起子培養物已“順應”第一階段生長反應槽6中的預期廢物。通常，該方法要求將選定的微生物聚生體(例如，等量的各類生物)暴露于模擬需凈化的廢物流組分的稀廢物流中。隨著稀廢物流中廢物濃度的緩慢增大，微生物變得習慣于同化更高含量的廢物，最后變得適用于同化大規模處理工廠中高含量的廢物。也可應用已適應特定的廢物流(例如，95％豬廢液和5％家禽廢液)的起子培養物，通過緩慢地使起子培養物暴露于新廢物流而使它順應不同的廢物流(例如，50％豬廢液和50％家禽廢液)。通常，適應過程需要數天到數個月，這取決于需要處理的具體廢物流。
接種后，細胞增殖并產生大量生物量，該生物量能同化廢物流中基本上全部有機物和無機物(如下文更詳細的描述)。
按本發明的方法，廢物流14流入第一階段生長反應槽6，廢液中的有機物和無機物將在這里被第一批微生物混合物同化。使光線(通常呈自然陽光或合適的人工光線形式)輻射到混合物上而促進光合作用原核生物對廢物的同化，并且促進微生物的生長。如果應用人工光線，通常優選利用與陽光相似的寬范圍的光，例如，熒光燈，諸如CORALIFE 50/50Actinic/Daylight型、CORALIFE Trichromatic Super Daylight型等，產生400～1000nm范圍的光。人工光照優選由光電開關或定時器控制。另外，本發明的裝置中應用的管道可由明亮或透明的材料制作以增強暴光。
應用再循環泵17、槳式攪拌機或本領域已知的其它混合裝置連續混合第一階段生長反應槽6中的內含物。如果應用再循環泵17，回流管19優選由明亮或透明的材料制作以致回流管中的內含物如上述那樣暴露于光線中。
除了直接暴露于生長反應槽的光線之外，優選控制再循環速度而形成合適的亮-暗比，使光合作用生物最佳生長。當不存在光生物反應器或其它促進生長的成分(見下文)的情況下利用明亮的回流管19時，在白天和/或暴露于人工光線期間，本發明通常在保持大約1∶600的亮-暗比的流速下操作。在夏天的操作中，當自然光強度高時，所述暗-亮比足以保持最佳生長。在低亮度期間，應當增大最佳亮-暗比，其中，亮比暗光量可以大到1∶1或更高。本領域技術人員將懂得，足以實現最佳生長的條件將根據下列參數而變場所，氣候和其它環境因素，例如，晝夜循環、光強和暴光時間。所以，可能需要考慮這些因素而進行調節。
優選緩慢地混合槽中內含物以免溶解或殺傷增殖的細胞。連續混合第一階段生長反應槽6中的組分起幾個重要的作用，包括促使全部增殖細胞、可溶性和膠態廢物組分與光之間均勻接觸，并且保持混合物中一致的溫度。第一階段生長反應槽6的適用溫度通常應保持在28～40℃范圍內。在某些氣候中，環境空氣溫度足以將溫度保持在所述范圍內。也可應用常規加熱裝置(例如礦物燃料或太陽能加熱器，應用合適的循環熱交換器和相關的控制器)控制第一階段生長反應槽6的溫度。不過，在本發明的全部應用中，優選精密地控制工藝操作條件(例如，保持溫度在±2℃以內)。
在第一階段生長反應槽6中發生的同化處理期間，主要的可溶性和膠態TOC、BOD、氨-氮、總的磷以及與廢物流14相關的其它有機和無機化合物都被第一批光合作用原核生物用作營養源。這些廢品的同化導致生物的高生長速度，并且導致產生懸浮于部分凈化的液體流出物中的微生物大量的細胞物質。細胞物質的生長速度優選呈指數水平，更優選呈指數水平的約90％。在一個實施方案中，細胞物質的倍增時間在約5天到1天的范圍內。
隨著大量細胞物質繼續生長，第一階段生長反應槽6的內含物(主要包括光合作用原核生物(例如紫色無硫細菌)和部分凈化的液體流出物)溢出，通過管道18將它輸送到第一階段沉降槽8。將促凝劑加入管道18并與溢出的物質混合以便當溢出的物質流入第一階段沉降槽8時促進光合作用原核生物的絮凝。也可將從第一階段生長反應槽6溢出的物質收集在第一階段凝聚槽中(未示出)，與促凝劑混合，再緩慢攪拌使細胞團聚。
按本發明的方法，適用的促凝劑包括高分子量陽離子聚合物，例如MAGNIFLOC 496C、MAGNIFLOC 234GD(可從Cytec Industries商購)等。優選地，本發明中應用的促凝劑符合GRAS(通常認為是安全的)的USFDA標準。在廢物流的處理過程中，促凝劑一般以有效地使光合作用原核生物團聚的量添加。添加的促凝劑的典型量優選在0～2％聚合物干重、更優選在0～1.2％聚合物干重的范圍內(都基于絮凝的細胞總的干重)。
將絮凝的微生物、液態流出物和促凝劑的混合物收集在第一階段沉降槽8中，此時，將絮凝的細胞與液態流出物進行物理分離。通常，通過重力沉降和/或浮選在足量的時間(一般2～12小時)后發生分離。也可通過用連續離心23(圖2中所示)代替第一階段沉降槽8或者用本領域已知的其它迅速分離方法實現微生物和流出物的更迅速分離。如果采取連續離心操作，按本發明方法一般的操作參數包括3,000～4,000 RPM的旋轉速度，大約3,000～4,000xg的離心力，以及約1～5分鐘的旋轉時間。
將微生物混合物的返回系統結合入第一個處理階段2。該系統包括泵22，它將微生物從第一階段沉降槽8(或離心機23)輸送返回到第一階段生長反應槽6。利用該系統，結果最佳水力停留時間(HRT)顯著小于第一階段生長反應槽6中的最佳平均細胞滯留時間(MCRT)。例如，如果在4天的平均細胞滯留時間達到生物量的最佳倍增速度，而且反應器能在一天中除去適當的有機負荷，那么要求25％的生物量循環。也可將從第一階段沉降槽8(或離心機)再循環的液態流出物用作水的替代物來稀釋進入第一階段生長反應槽6的廢液14。該循環是所需的，因為它減小第二階段生長反應槽10的水力負荷，于是可能減小第二個處理階段4的規模而節省能源和促凝劑。因此，再循環系統保障最大量的廢物被第一個處理階段2中的第一批微生物混合物同化，同時將整個系統的規模減到最小。
分離后，從第一階段沉降槽8(或離心機23)脫除第一批微生物15的生物量，而且可利用下列方法進一步精制，例如脫水、干燥、巴氏消毒、制粒等，取決于絮凝的生物的預期應用。然后可將收獲的處理過的絮凝生物的生物量作為動物飼料、肥料或其它農產品出售。通常，當如上述那樣處理時，紫色無硫細菌具有40～60wt％蛋白質、10～15wt％脂肪和1～5wt％纖維，都基于處理過的生物總的干重。
在第一個處理階段2中，優選應用表1中概述的條件范圍并始終自動控制或人工控制和優化該條件范圍。
表1-第一個處理階段的優選條件
表1中，水力停留時間(HRT)指液體在反應器或沉降槽或離心機中的平均時間(以反應器液體體積除以通過反應器的流速計算的)。混合液懸浮的固體物(MLSS)指反應器中總的懸浮固體(TSS)濃度。平均細胞滯留時間(MCRT)指微生物細胞在反應器中的平均時間(以反應器中總的懸浮固體(MLSS)除以流過反應器的懸浮固體計算的)。食物與微生物比(F/M)是基于BOD負荷或NH3-N負荷(以磅/天表示)除以反應器中總的MLSS重量。每單位體積反應器的BOD負荷或NH3-N負荷是基于BOD負荷或NH3-N負荷(以磅/天表示)除以反應器中的總液體體積。稀釋比指流入反應器的稀釋水量除以流入反應器的廢物量。流出物返回比指回流入反應器的流出物除以流入反應器的廢物量。生物量返回比指生物量漿從液體/固體物分離單元返回反應器的流速除以流入反應器的廢物流速。
本發明的第二個處理階段4中應用的微生物混合物通常對高含量的有機廢物耐性更小。所以，在第一個處理階段2中處理之后，液體流出物中的TOC、BOD、NH3-N和磷優選被減少到約200～500mg/L TOC、200～500mg/L BOD、50～500mg/L NH3-N和10～100mg/L總的磷。這些污染物含量對于將處理過程第二個階段中因細胞死亡引起的微生物損耗減到最少是優選的。
第一階段沉降槽8(或離心機23)中保留的液體流出物16或者通過管道20流入第二個處理階段4和流入一個或多個第二階段生長反應槽10，和/或作為原始廢物的稀釋液被循環進入第一階段生長反應槽6。第二階段生長反應槽10盛有第二批被控制到使呼吸作用和光合作用之間的平衡最佳化的微生物混合物。與第一階段生長反應槽相似，第二階段生長反應槽可以適當地是槽、敞開池、池塘或其它容器。可以在生長反應槽上加蓋以防槽內含物蒸發和/或污染。優選地，第二批微生物混合物選自綠藻(例如綠藻門(Chlorophyta))，包括單細胞藻類和絲狀藻類，甲藻門(Pyrrhophyta)、Heterokontophyta、裸藻門(Euglenophyta)、以及藍細菌系(藍綠藻)。特別適用的綠藻門包括選自下列屬的種小球藻屬(Chlorella)(例如Chlorella vulgaris、Chlorella pyrenoidosa)，柵藻屬(Scenedesmus)(例如Scenedesmus obliquus、Scenedesmusquadricauda、Scenedesmus acutus)，卵囊藻屬(Oocystis)和裸藻屬(Euglena)(例如Euglena gracilis)。適用的藍細菌成員包括選自下列屬的種螺旋藻屬(Spirulina)(例如Spirulina platensis)，顫藍細菌屬(Oscillatoria)和席藍細菌屬(Phormidium)(例如Phormidiumbohneri)。還可應用兩種、三種或更多種這些藻的組合。共生細菌也可存在于第二批微生物混合物中。
與第一階段生長反應槽相似，在進行本發明的方法之前，用預定量的第二批微生物作為“起子”培養物接種第二階段生長反應槽10。通常，起子培養物可從儲用培養物獲得，或者應用相同的生物從另一個生長反應槽獲得。優選應用與前述相同的方法使培養物順應。
使光線(通常呈自然陽光或合適的人工光線形式)輻射到第二階段生長反應槽10中的混合物上以便促進第二批微生物混合物進一步吸收有機廢物，并且促進生物的生長。與第一反應器一樣，如果應用人工光線，如前述那樣通常優選利用與陽光相似的寬范圍的光。
如關于第一階段生長反應槽所討論的那樣，除了直接暴露于第二生長反應槽的光線之外，優選控制再循環速度而形成合適的亮-暗比，使光合作用生物最佳生長。在白天和/或暴露于人工光線中的期間，不存在光生物反應器或其它促進生長的成分(見下文)時應用明亮的回流管26，本發明在保持大約1∶600的亮-暗比的流速下操作。在夏天的操作中，當自然光強度高時，該暗-亮比一般足以保持最佳生長。在低光線期間，應當增大最佳亮-暗比，其中，亮比暗光量可以大到1∶1或更高。本領域技術人員將懂得，足以實現最佳生長的條件將根據下列參數而變場所，氣候和其它環境因素，例如，晝夜循環、光強和暴光時間。所以，可能需要考慮這些因素而進行調節。
應用再循環泵25、槳式攪拌機或本領域已知的其它攪拌裝置連續混合第二階段生長反應槽10中的內含物。如果應用再循環泵25，回流管26優選由明亮或透明的材料制作以致回流管中的內含物如上述那樣暴露于光線中。
優選緩慢地混合槽中內含物以免溶解或殺傷增殖的細胞。連續混合第二階段生長反應槽10中的成分起幾個重要的作用，包括促使全部微生物、可溶性/膠態廢物組分與光之間均勻接觸，并且保持混合物中一致的溫度。第二階段生長反應槽10的適用溫度通常應保持在20～35℃范圍內。在某些氣候中，環境空氣溫度足以將溫度保持在所述范圍內。也可應用常規加熱裝置(例如礦物燃料或太陽能加熱器，應用合適的循環熱交換器和相關的控制器)控制第二階段生長反應槽6的溫度。
第二階段生長反應槽10中混合物的pH對保持第二批微生物混合物的生存力特別重要。優選地，通過添加堿(例如，碳酸氫鈉、碳酸氫鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀等)或酸(二氧化碳、鹽酸、乙酸等)的水溶液將第二階段生長反應槽的內含物pH保持在7.0～8.5之間。
在第二階段生長反應槽10中發生的同化處理期間，基本全部殘余的可溶性和膠態TOC、BOD、氨-氮、總的磷以及與廢物相關的其它有機和無機化合物都被第二批微生物混合物作為營養源吸收了。這些廢品的同化導致產生懸浮于基本凈化的液體流出物中的大量微生物細胞物質。
隨著第二階段生長反應槽10中的大量細胞物質繼續生長，內含物(主要包括綠藻和基本凈化的液體流出物)溢出，通過管道30將它輸送到第二階段沉降槽12。將促凝劑加入管道30并與溢出的物質混合以便當溢出的物質流入第二階段沉降槽12時促進第二批微生物混合物的絮凝。也可將溢出第二階段生長反應槽10的物質收集在第二階段凝聚槽中(未示出)，與促凝劑混合，再緩慢攪拌使細胞團聚。在第二階段4中適用的促凝劑實例的量與關于第一階段2描述的相同。
將絮凝的生物、液態流出物和促凝劑的混合物收集在第二階段沉降槽12中，此處，將絮凝的細胞與液態流出物進行物理分離。與第一階段2一樣，通過重力沉降和/或浮選在足量的時間(一般2～12小時)后發生分離的。也可通過用連續離心28(圖3中所示)、壓濾器或本領域已知的其它迅速分離方法代替第二階段沉降槽12而實現生物和流出物的更迅速分離。如果采取連續離心操作，按本發明方法一般的操作參數包括3,000～4,000 RPM的旋轉速度，大約3,000～4,000xg的離心力，以及約1～5分鐘的旋轉時間。
與第一個處理階段2一樣，將第二批微生物混合物的返回系統結合入第二個處理階段4。該系統包括泵24，它將第二批微生物混合物從第二階段沉隆槽12輸送返回到第二階段生長反應槽10。利用該系統，結果最佳水力停留時間(HRT)顯著小于第二階段生長反應槽10中的最佳平均細胞滯留時間(MCRT)。因此，該系統保障最大量的廢物被第二個處理階段4中的第二批微生物混合物同化。
分離后，從第二階段沉降槽12(或離心機28)脫除微生物32的生物量，而且可利用下列方法進一步精制，例如脫水、干燥、巴氏消毒、制粒等，取決于絮凝的生物的預期應用。然后可將收獲的處理過的絮凝生物的生物量作為動物飼料、肥料或其它農產品出售。通常，當如上述那樣處理時，綠藻具有60～85wt％蛋白質、1～5wt％脂肪和1～10wt％纖維，都基于處理過的生物總的干重。可用各種方式處理液態流出物5，這取決于場地和方案的具體條件和要求。例如，流出物5可被用于灌溉動物飼料作物，或者可應用活性炭進一步凈化后用于灌溉供人消費的商品化作物。也可應用滲水池或地下結構將流出物5排入地下水。按本發明的方法，也可通過管道35和泵36將一部分流出物5再循環到第一個處理階段2而調節進入的原始廢物濃度或者如關于第一個處理階段描述的那樣再循環到第二階段生長反應槽。
在第二個處理階段4中，優選應用表2中概述的下列條件范圍并始終自動控制或人工控制。
表2-第二個處理階段的優選條件
在第二階段沉降槽12(或離心機)中處理之后，液體流出物中的TOC、BOD、NH3-N和磷已被減少到約10～85mg/L TOC、5～50mg/L BOD、10～50mg/L NH3-N和10～50mg/L總的磷。
在某些情況下，其中自然的環境光量度較暗時(例如高緯度或冬季)，本發明添加附加的光生物反應器能增大光合作用微生物可獲得的光量，并且導致從廢物流攝取廢物料的改善。為了增強從廢物流14攝取有機和無機廢物料，可在本發明的回流管道19和25中分別安裝一個或多個光生物反應器50和52(如圖5中所示)。在本發明的該實施方案中利用的光生物反應器包括這樣的任意高通過量裝置，即，能加工一種或多種微生物與廢物的混合物，而且能連續從廢物脫除有機物和/或無機物，同時產生大量的生物量。在本發明的該實施方案中補充的附加光生物反應器優選對生長的細胞物質提供另外的光而增強和最優化生物的生長速率。
在一個特別優選的實施方案中，光生物反應器50和52優選包括直立的芯結構51、55，纏繞該芯結構的基本透明的管53、56(其中，纏繞管的外部暴露于光線中)，以及促使光線在管與芯結構之間的接觸區透入管的裝置。按本發明的方法，適用的光生物反應器的實例包括描述和闡釋于美國專利No.5,137,828(以其全文并入本文作參考)中的那種盤繞的管形光生物反應器，該光生物反應器可從Biotechna EnviromentalInternational，LTD以商品名“BIOCOIL”商購。
簡言之，“BIOCOIL”型光生物反應器包括直立的芯結構，纏繞該芯結構的基本透明的管或者在一條總管上平行纏繞(以致管的外部暴露于光線中)的管。直立的芯結構優選包括反光涂層(例如白色油漆)、鋁箔、小玻璃球等，置于芯結構和透明的管之間。該反光涂層增強光線透入(透明管與芯結構之間接觸的區中的)透明管，于是增大可獲得的光量。
隨著光線穿過生長反應槽中的物質，一部分光線被吸收和用于微生物的生長。但是，生長反應槽6和10的底部的光強最低。在本發明的該備選實施方案中利用的附加光生物反應器通過提供另外的光暴露給第一和第二生長反應槽6和10底部的光合作用微生物而有助于生長反應槽6和10底部的微生物對有機和無機廢物的攝取。從每個槽的底部獲取生長反應槽中的物質并通過各個光生物反應器處理。在該處理過程中，光合作用微生物暴露于每單位體積高光子數中，導致增大對廢物的攝取。所以，添加光生物反應器導致本發明方法總效率的增大，而且能在環境光強度較低時(例如冬季)對生物提供另外的光。
按本發明的方法可應用的另外的光生物反應器被描述于英國專利申請No.9719965.7以及美國專利Nos.4,868,123；4,952,511；5,162,051；和5,447,629中。
在圖6中示出的另一個備選實施方案中，用任意類別的光生物反應器(它們提供更高的光轉移)代替第一階段生長反應槽6和第二階段生長反應槽10，每個光生物反應器包括直立的芯結構和纏繞該芯結構的基本透明的管，或者如前述那樣在一條總管上平行纏繞的管(以致纏繞的管的外部暴露于光線中)。
在這個備選的實施方案中，含有原始未處理廢物料的廢物流14通過泵、重力或其它常規方法被連續地或相繼地加料入第一光生物反應器60。應懂得，在本發明的方法中可應用一個以上第一光生物反應器。如前所述，原始廢物料可得自任意源。
第一光生物反應器60盛有一種或多種處于無氧和/或厭氧環境中的微生物的懸浮液。優選地，如前所述，這些光合作用原核生物是紫色無硫光合作用細菌的聚生體。另外的非光合作用厭氧細菌也可包含于所述混合物中。
在進行本發明的方法之前，用預定量的第一批微生物混合物作為“起子”培養物接種第一光生物反應器60。應用的起子培養物的量是如下因素的函數反應器中預期的穩態混合的液體懸浮的固體(MLSS)濃度，反應器的尺寸和能通過反應器同化的最大食物比微生物比率(F/M)。通常，起子培養物可從凍干的儲備液獲得，或者應用相同的生物和條件從另一個生長反應槽獲得。優選地，起子培養物已如前述那樣“順應”了。
接種后，細胞增殖并產生大量生物量，該生物量能同化廢物流中基本上全部有機物和無機物(如下文更詳細的描述)。
按本發明的方法，廢物流14流入第一光生物反應器60，廢物中的有機物和無機物將在這里被第一批微生物混合物同化。使光線(通常呈自然陽光或合適的人工光線形式)輻射到光生物反應器60的透明盤管62上以便促進光合作用原核生物對廢物的同化，并且促進生物的生長。
通過透明管62中的紊流緩慢地混合第一光生物反應器60中的內含物以免溶解或殺傷增殖的細胞。連續混合第一階段生長反應槽6中的成分起幾個重要的作用，包括促使全部增殖細胞、可溶性和膠態廢物組分與光之間均勻接觸，并且保持混合物中一致的溫度。第一光生物反應器60中的適用溫度通常應保持在25～40℃范圍內。在某些氣候中，環境空氣溫度足以將溫度保持在所述范圍內。也可應用常規加熱裝置(例如礦物燃料或太陽能加熱器，應用合適的循環熱交換器和相關的控制器)控制第一光生物反應器60的溫度。不過，在本發明的全部應用中，優選精密地控制工藝操作條件(例如，保持溫度在±2℃以內)。
在第一光生物反應器60中發生的同化處理期間，主要的可溶性和膠態TOC、BOD、氨-氮、總的磷以及與廢物流14相關的其它有機和無機化合物都被第一批光合作用原核生物用作營養源(如關于生長反應槽所述)。這些廢品的同化導致生物的高生長速度，并且導致產生懸浮于部分凈化的液體流出物中的微生物的大量細胞物質。細胞物質的生長速度優選呈指數水平，更優選呈指數水平的約90％。
隨著細胞物質繼續生長，光生物反應器60中的內含物(主要包括光合作用原核生物(例如紫色無硫細菌)和部分凈化的液體流出物)橫過明亮的管62，通過管道18將它輸送到第一階段沉降槽8(或離心機23)。如前文關于第一生長反應槽和第一沉降槽所述那樣進行包括下列的余下的處理步驟添加促凝劑，沉降或離心，返回系統，以及對收獲的生物量的另外處理。
再參照圖6，通過管道20使保留在第一階段沉降槽8(或離心機23)中的液態流出物流入第二個處理階段4，進入一個或多個第二光生物反應器65。如前文關于第二生長反應槽所述那樣，第二光生物反應器65盛有第二批被控制到使呼吸作用和光合作用之間的平衡最佳化的微生物混合物。優選地，這些生物如前述那樣選自綠藻(例如綠藻門)，包括單細胞藻類和絲狀藻類，甲藻門、Heterokontophyta、裸藻門以及藍細菌系(藍綠藻)。
與第一光生物反應器相似，在進行本發明的方法之前，用預定量的第二批微生物作為“起子”培養物接種第二光生物反應器65。使光線(通常呈自然陽光或合適的人工光線形式)輻射到光生物反應器65中的混合物上以便促進第二批微生物混合物進一步吸收有機廢物，并且促進生物的生長。與第一光生物反應器一樣，如果應用人工光線，如前述那樣通常優選利用與陽光相似的寬范圍的光。
通過透明管66中的紊流連續地混合第二光生物反應器65中的內含物以免溶解或殺傷增殖的細胞。與第一光生物反應器一樣，第二階段生長反應槽10中的適用溫度通常應保持在20～35℃范圍內。在某些氣候中，環境空氣溫度可能足以將溫度保持在所述范圍內。也可如前述那樣應用常規加熱裝置。
優選如前述那樣通過添加堿(例如，碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀等)或酸(二氧化碳、鹽酸、含水的乙酸等)的水溶液將第二光生物反應器65中混合物的pH保持在7.0～8.5之間。優選地，流過圖5和6中所示光生物反應器的體積流動是這樣的，即，未暴露于光中的物質和暴露于光中的物質比率(D∶L比率)在600∶1～1∶1范圍內，更優選在100∶1～1∶1范圍內，最優選在50∶1～1∶1范圍內。通常，本領域那些技術人員能輕易確定在給定的環境光強下為了提供對廢物的最佳攝取和產生最大量的生物量所需的合適的暗與亮的比率。
在第二光生物反應器中發生的同化處理期間，基本全部殘余的可溶性和膠態TOC、BOD、氨-氮、總的磷以及與廢物相關的其它有機和無機化合物都被第二批微生物混合物作為營養源吸收了。這些廢品的同化導致產生懸浮于基本凈化的液體流出物中的微生物的大量細物質。
隨著第二光生物反應器65中的大量細胞物質繼續生長，內含物(主要包括綠藻和基本凈化的液體流出物)橫過明亮的管66，通過管道30將它輸送到第二階段沉降槽12(或離心機23)。如前文關于第二生長反應槽和第一沉降槽所述那樣進行包括下列的余下的處理步驟添加促凝劑，沉降或離心，返回系統，以及對收獲的生物量和流出物的處理。
如下實施例旨在闡述、但決不是限制本發明的范圍。除非另外說明，所有的份數和百分數都以重量表示，所有的溫度都以攝氏度表示。
實施例實施例1.實驗室規模光合作用凈化操作應用于該實施例的豬廢物是稠的灰色液態漿，具有刺鼻的難聞氣味。廢物成分包含糞便、尿和洗滌水。
將紫色無硫細菌的聚生體用作第一批微生物混合物，它們主要包括黃褐紅螺菌、深紅紅螺菌、血色紅假單胞菌、類球紅細菌、酒色著色菌和膠狀紅長命菌。如前述關于起子培養物那樣從一升樣品生長原始培養物。這些生物呈具有強烈氣味的紅/棕色液體形式。
第二批微生物混合物主要包括綠藻株小球藻屬。如前述關于起子培養物那樣從一升樣品生長原始培養物。原料是深綠色液體，它沒有強烈氣味。
第一和第二階段生長反應槽都由塑料(18.5英寸H×6英寸W×4英寸D)制作，如前述那樣排列。第一階段生長反應槽盛有5.5升紫色無硫細菌的聚生體。第二階段生長反應槽是并列連接的兩個槽的組合，總共盛有11升小球藻屬藻培養物。混合兩個第二階段生長反應槽以便模擬一個充分混合的槽。
從兩個熒光燈具對第一階段生長反應槽提供光。紅色箱(Red tank)中應用的燈泡是“Coralife 50/50 Actinic/Daylight”型。通過五個熒光燈具對第二階段生長反應槽提供光。這些燈箱中應用的燈泡是“Coralife Trichomatic Super Daylight”型。兩個反應器的暗-亮(D/L)比都是1.0，即，12小時“開”和12小時“關應用浸沒型加熱器將每個槽加熱到32℃，應用試驗用攪拌裝置攪拌每個槽。通過蠕動泵促進兩個第二階段生長反應槽之間的另外混合。此外，采取控制添加的鹽酸(HCl)或乙酸(CH3COOH)將pH保持在7.2和7.8之間。應用0.2％“MAGNIFLOC”496C陽離子聚合物使每種細胞培養物的樣品絮凝。
每天用約200ml豬廢物(用水稀釋到約5.5升)喂給紫色無硫細菌的聚生體。該喂食方案導致第一階段5.5天的平均細胞滯留時間(MCRT)和水力停留時間(HRT)。每天移取一升這種培養物，在攪拌下添加10～20ml陽離子聚合物使細胞絮凝。應用瓷漏斗和9微米濾紙(Whatman No.40)將絮凝的細胞漿過濾。對液體部分(濾液)分析廢物含量(見下表3)，將它用作第二生長反應槽中小球藻屬的原料。
將來自第一階段生長反應槽的等體積濾液喂給兩個第二生長反應槽中的小球藻屬培養物。該喂食方案導致第二階段生長反應槽中11天的平均細胞滯留時間(MCRT)和水力停留時間(HRT)。
每天從第二生長反應槽移取一升小球藻屬培養物。添加10～20ml陽離子聚合物使小球藻屬細胞沉淀。應用瓷漏斗和9微米濾紙將絮凝的漿過濾。對液體部分(濾液)的樣品分析TOC、BOD、氮和總的磷含量(如表3中所示)。
表3.實驗室規模光合作用豬廢物處理的捕集效率
*未測得分離的紫色無硫細菌聚生體中和分離的小球藻屬中可用的蛋白質的量示于表4中。通過從總的蛋白質百分數中減去“蛋白質等效量”而推導出每批生物量中可獲得的蛋白質的營養量。
表4.生物量中可獲得的蛋白質的營養量
實施例2.中間工廠規模光合作用凈化操作應用于該實施例的豬廢物是稠的灰色液態漿，具有刺鼻的難聞氣味。廢物成分為糞便、尿和洗滌水。在該實施例中，將得自康涅狄格州養豬場集糞坑的原始廢物以連續的、分批的或半連續分批的方式加料入系統。與連續再循環相關的更高效率、自然光和其它因素減小了從第一反應器中的生物量發出的強烈氣味。反應器能處理4加侖/天的原始豬廢物。
將從實施例1中的實驗室規模反應器收獲的紫色無硫細菌的聚生體用作第一批微生物混合物，它們主要包括黃褐紅螺菌、深紅紅螺菌、血色紅假單胞菌、類球紅細菌、酒色著色菌和膠狀紅長命菌。這些生物呈具有強烈氣味的紅/棕色液體形式。
第二批微生物混合物主要包括綠藻株小球藻屬，它是從實施例1中的實驗室規模反應器收獲的。小球藻屬原料是深綠色液體，它沒有強烈氣味。再一次地，與連續再循環相關的更高效率、自然光和其它因素增強了第二反應器中的生物量的性能。
第一和第二階段生長反應槽、沉降槽和絮凝槽都由塑料制作，試驗工廠具有約240加侖的總容量。如實施例1中所述那樣處理樣品。對液體部分(濾液)的樣品分析TOC、BOD、氮和總的磷含量(如表5中所示)。
表5.中間工廠規模光合作用豬廢物處理的捕集效率
圖4定性示出了可從本發明方法達到的凈化程度。在圖4中，瓶A示出了實施例2的原始廢物樣品。瓶B示出了經歷第一階段沉降槽8以后實施例2的流出物樣品。可見，在第一個處理階段2之后除去了大量MLSS。瓶C示出了經歷第二階段沉降槽12以后實施例2的流出物樣品。如瓶C中所示，在第二個處理階段4之后從流出物除去了幾乎全部MLSS。
分離的紫色無硫細菌聚生體中和分離的小球藻屬中可用的蛋白質的量示于表6中。通過從總的蛋白質百分數中減去“蛋白質等效量”而推導出每批生物量中可獲得的蛋白質的營養量。
表6.生物量中可獲得的蛋白質的營養量
實施例3.應用光生物反應器的中間工廠規模光合作用凈化操作在該實施例中，如上述實施例2那樣進行了光合作用凈化操作，不同的是，第一和第二階段生長反應槽各自被美國專利No.5,137,828中描述的光生物反應器代替。在通過光生物反應器處理之前，應用厭氧消化罐處理進入的廢物(作為預備步驟)。所有其它的處理條件都相同。該光合作用處理的結果如下表7中所示。
表7.應用光生物反應器的光合作用豬廢物處理的捕集效率
權利要求
1.一種處理含有機廢物和無機廢物的廢物流的方法，其特征在于如下步驟(a)使含有機廢物和無機廢物的廢物流(14)與第一批含一種或多種光合作用原核生物的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在至少一個第一反應器(6)中接觸，所述第一反應器(6)與至少一個第一光生物反應器(50)有流體連通，其中，所述廢物的第一部分被所述第一批微生物混合物同化而產生包含所述第一批微生物混合物和所述廢物的第二部分的部分凈化的廢物流；(b)從所述部分凈化的廢物流脫除所述第一批微生物混合物而產生分離的第一批微生物混合物和包含所述有機廢物的所述第二部分的部分凈化的流出物流；(c)將所述部分凈化的流出物流從所述至少一個第一反應器(6)轉移到至少一個第二反應器(10)中；(d)使所述部分凈化的流出物流與第二批含藻類的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在所述至少一個第二反應器(10)中接觸，所述第二反應器與至少一個第二光生物反應器(52)有流體連通，其中，所述有機廢物的所述第二部分基本上全部被所述第二批微生物混合物同化而產生包含所述第二批微生物混合物和基本凈化的流出物的基本凈化的廢物流；以及(e)從所述基本凈化的廢物流脫除所述第二批微生物混合物而產生分離的第二批微生物混合物和基本凈化的流出物流。
2.權利要求1的方法，其特征在于，所述廢物流包括動物廢物。
3.權利要求1的方法，其特征在于，所述有機廢物和無機廢物包含碳源、氮源、氧源、磷源及其組合。
4.權利要求1的方法，其特征在于，所述光合作用原核生物是紫色無硫細菌。
5.權利要求4的方法，其特征在于，所述紫色無硫細菌選自下組細菌紅螺菌屬、紅假單胞菌屬、紅細菌屬、著色菌屬、紅長命菌屬及其組合。
6.權利要求1的方法，其特征在于，所述脫除步驟(b)進一步包括將聚合物促凝劑加到所述部分凈化的廢物流中這一步。
7.權利要求1的方法，其特征在于，所述脫除步驟(b)是通過重力沉降完成的。
8.權利要求1的方法，其特征在于，所述脫除步驟(b)是通過離心完成的。
9.權利要求1的方法，其特征在于，所述分離的第一批微生物混合物被進一步加工成動物飼料。
10.權利要求1的方法，其特征在于，所述藻類選自單細胞藻類和絲狀藻類，甲藻門，Heterokontophyta，綠藻門，裸藻門，藍細菌(藍綠藻)及其組合。
11.權利要求10的方法，其特征在于，所述綠藻門選自小球藻屬、柵藻屬、卵囊藻屬、裸藻屬及其組合。
12.權利要求10的方法，其特征在于，所述藍細菌選自螺旋藻屬、顫藍細菌屬、席藍細菌屬及其組合。
13.權利要求1的方法，其特征在于，所述轉移步驟(e)進一步包括將聚合物促凝劑加到所述基本凈化的廢物流中這一步。
14.權利要求1的方法，其特征在于，所述脫除步驟(e)是通過重力沉降完成的。
15.權利要求1的方法，其特征在于，所述脫除步驟(e)是通過離心完成的。
16.權利要求1的方法，其特征在于，所述分離的第二批微生物混合物被進一步加工成動物飼料。
17.權利要求1的方法，其特征在于，所述基本凈化的流出物被再循環到所述第一反應器(6)。
18.權利要求1的方法，其特征在于，所述至少一個第一反應器(6)和所述至少一個第二反應器(10)都獨自是光生物反應器。
19.權利要求18的方法，其特征在于，所述光生物反應器(50，52)各自的特征在于直立的芯結構；纏繞在所述芯結構上的基本透明的管，其中，所述纏繞管的外部暴露于光線中；以及促使光線在所述管和所述芯結構之間的接觸區透入所述管的裝置。
20.一種處理含有機廢物和無機廢物的廢物流的方法，其特征在于如下步驟(a)使含有機廢物和無機廢物的廢物流(14)與第一批含一種或多種光合作用原核生物的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在至少一個第一光生物反應器(60)中接觸，其中，所述廢物的第一部分被所述第一批微生物混合物同化而產生包含所述第一批微生物混合物和所述廢物的第二部分的部分凈化的廢物流；(b)從所述部分凈化的廢物流脫除所述第一批微生物混合物而產生分離的第一批微生物混合物和包含所述有機廢物的所述第二部分的部分凈化的流出物流；(c)將所述部分凈化的流出物流從所述至少一個第一光生物反應器(60)轉移到至少一個第二光生物反應器(65)中；(d)使所述部分凈化的流出物流與第二批含藻類的微生物混合物在控制的工藝操作條件下、在光的存在下、在所述至少一個第二光生物反應器(65)中接觸，其中，所述有機廢物的所述第二部分基本上全部被所述第二批微生物混合物同化而產生包含所述第二批微生物混合物和基本凈化的流出物的基本凈化的廢物流；以及(e)從所述基本凈化的廢物流脫除所述第二批微生物混合物而產生分離的第二批微生物混合物和基本凈化的流出物流。
21.權利要求20的方法，其特征在于，所述廢物流包括動物廢物。
22.權利要求20的方法，其特征在于，所述有機廢物和無機廢物包含碳源、氮源、氧源、磷源及其組合。
23.權利要求20的方法，其特征在于，所述光合作用原核生物是紫色無硫細菌。
24.權利要求23的方法，其特征在于，所述紫色無硫細菌選自下組細菌紅螺菌屬、紅假單胞菌屬、紅細菌屬、著色菌屬、紅長命菌屬及其組合。
25.權利要求20的方法，其特征在于，所述脫除步驟(b)進一步包括將聚合物促凝劑加到所述部分凈化的廢物流中這一步。
26.權利要求20的方法，其特征在于，所述脫除步驟(b)是通過重力沉降完成的。
27.權利要求20的方法，其特征在于，所述脫除步驟(b)是通過離心完成的。
28.權利要求20的方法，其特征在于，所述分離的第一批微生物混合物被進一步加工成動物飼料。
29.權利要求20的方法，其特征在于，所述藻類選自單細胞藻類和絲狀藻類，甲藻門，Heterokontophyta，綠藻門，裸藻門，藍細菌(藍綠藻)及其組合。
30.權利要求29的方法，其特征在于，所述綠藻門選自小球藻屬、柵藻屬、卵囊藻屬、裸藻屬及其組合。
31.權利要求27的方法，其特征在于，所述藍細菌選自螺旋藻屬、顫藍細菌屬、席藍細菌屬及其組合。
32.權利要求20的方法，其特征在于，所述轉移步驟(e)進一步包括將聚合物促凝劑加到所述基本凈化的廢物流中這一步。
33.權利要求20的方法，其特征在于，所述脫除步驟(e)是通過重力沉降完成的。
34.權利要求20的方法，其特征在于，所述脫除步驟(e)是通過離心完成的。
35.權利要求20的方法，其特征在于，所述分離的第二批微生物混合物被進一步加工成動物飼料。
36.權利要求20的方法，其特征在于，所述基本凈化的流出物被再循環到所述第一光生物反應器(60)。
37.權利要求20的方法，其特征在于，所述第一和所述第二光生物反應器(60，65)各自的特制在于直立的芯結構；纏繞在所述芯結構上的基本透明的管，其中，所述纏繞管的外部暴露于光線中；以及促使光線在所述管和所述芯結構之間的接觸區透入所述管的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種處理廢物流的方法,即,通過使廢物流相繼與原核微生物的聚生體(優選是紫色無硫細菌)、接著與綠藻小球藻屬接觸。原核微生物的聚生體同化廢物的第一部分,綠藻同化廢物的其余部分從而產生基本凈化的流出物流。本發明的方法優選包括光生物反應器以便增大光合作用微生物可獲得的光的量,從而導致從廢物流攝取廢物料的改善。
文檔編號C12R1/01GK1346335SQ99815667
公開日2002年4月24日 申請日期1999年12月10日 優先權日1998年12月11日
發明者霍華德·M·韋克斯勒, 約瑟夫·F·斯塔爾塔里 申請人:霍華德·M·韋克斯勒, 約瑟夫·F·斯塔爾塔里